DE2600541C3

DE2600541C3 - Verfahren zur Herstellung von Phenylbrenztraubensäure oder Arylbrenztraubensäuren

Info

Publication number: DE2600541C3
Application number: DE2600541A
Authority: DE
Inventors: Robert Charly Perron (Frankreich)
Original assignee: Rhone Poulenc Industries SA
Current assignee: Rhone Poulenc Industries SA
Priority date: 1975-01-09
Filing date: 1976-01-08
Publication date: 1978-06-08
Also published as: JPS5618587B2; IT1054753B; GB1522721A; DE2600541B2; NL7600163A; US4152352A; JPS5195037A; NL182217B; DE2600541A1; NL182217C; CH612412A5

Description

(R)^A-CH₂X

in der A einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit einem Benzolring oder zwei kondensierten Benzolringen, der oder die Substituenten R, die gleich oder verschieden sein können, einen geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls durch eine Nitro- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen substituiert sein kann, einen Alkoxyrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, ein Halogenatom, oder eine Nitril-, Nitro- oder Alkylcarbonyloxygruppe, η eine ganze Zahl, die

a) von 0 bis 3 geht, wenn A einen Benzolring bedeutet,

b) von 0 bis 5 geht, wenn A zwei kondensierte Benzolringe bedeutet, und

X ein Halogenatom bedeutet, in einem flüssigen Lösungsmittel mit Kohlenoxid in Gegenwart einer katalytischen Menge einer Eisen-, Kobalt- oder Nickelcarbonylverbindung und eines basischen Reagenzes, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion bei einem Kohlenoxiddruck von 5 bis 200 bar bei einer Temperatur zwischen 20 und 150° C durchführt und als basisches Reagenz eine Erdalkalibase in einer Menge von 1 bis 4 Mol je Mol Arylmethylhalogenid einsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion bei einem CO-Druck von 20 bis 100 bar durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei einer Temperatur zwischen 40 und 70⁰C durchführt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Wasser, Alkohol oder Wasser/Alkohol-Gemischen als Lösungsmittel durchführt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Phenylbrenztraubensäure oder Arylbrenztraubensäuren durch Umsetzen von Arylmethylhalogeniden der allgemeinen Formel

(Rfc-Λ CHjX

in der A einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mil einem Benzolring oder zwei kondensierten Benzolringen, der oder die Substituenten R. die gleich oder verschieden sein können, einen geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, der i_'ei;ebenenfalls durch eine Nitro- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, substituiert sein kann, einen Alkoxyrest mit I bis 4 Kohlenstoffatomen, cm Halogenatom, oder eine Nitril-. Nitro- oder Alkykarbonyloxygruppe. η eine ganze Zahl, die

a) von 0 bis 3 geht, wenn A einen Benzolring bedeutet,

b) von 0 bis 5 geht, wenn A zwei kondensierte Benzolringe bedeutet, und

X ein Halogenatom bedeutet, in einem flüssigen Lösungsmittel mit Kohlenoxid in Gegenwart einer katalytischen Menge einer Eisen-, Kobalt- oder Nickelcarbonylverbindung und eines basiseben Reagenzes. ίο Die Darstellung von Arylbrenztraubensäuren, insbesondere der Phenylbrenztraubensäure, war bereits Gegenstand einer großen Anzahl von Arbeiten, die man wie folgt zusammenfassen kann:

Umlagerung der Phenylglycidylsäure durch konzentrierte Salzsäure;

Dehydratisierung der inaktiven /ii-Phenylglyzerinsäure mit 50%iger Schwefelsäure oder konzentrierter Salzsäure, saure oder alkalische Hydro- lyse von α-Acetaminozinnsäuren oder «-Benzoylaminozinnsäuren;

Hydrolyse von Athylphenyloxalacetat; Hydrolyse des Phenylcyanobrenztraubensäureesters oder des Mononitrile des Oxalessigsäure- esters, das erhalten wurde durch Kondensation von Benzylcyanid mit Äthyloxalat oder mittels Natrium;

Kondensation des N-Diäthyloxamidsäureesters mit Benzylmagnesiumbromid;

Einwirkung von überschüssigem Pyridin auf das dibromierte Derivat von Zimtsäuremethylester und saure Hydrolyse des entstehenden α-,/ί-Dipiperidinderivats; Oxydation des a-Hydroxy-N-tertiobutylamids von Phenyl-3-propionsäure, hergestellt aus dem entsprechenden Cyanhydrin und saure Hydrolyse des entstandenen a-Keto-N-tertiobutylamids.

Die bisher vorgeschlagenen Verfahren sind mühsam durchzuführen und wegen der dabei notwendigen verschiedenen Behandlungsstufen schwierig auf den industriellen Maßstab zu übertragen.

Es wurden früher schon mehrere Verfahren zur Carbonylierung von Arylmethylhalogeniden vorge-4<j schlagen, um Arylessigsäuren zu erhalten. So wird z. B. gemäß der US-PS 31 16 306 die Carbonylierung von Benzyl- und Chlormethyl- 1-naphthalinbromid und -chlorid mit Hilfe von Kohlenoxid (bei Atmo sphärendruck oder unter Druck) in einem Lösungsso mittel durchgeführt, das aus einer Verbindung mit einem aktiven Wasserstoff (Wasser, Alkohol, Amin, Phenol, Ammoniak) besteht, in Gegenwart eines hydrocarbonylierten Metallsalzes (Natrium-Kobalttetracarbonylat; Dinatriumeisentetracarbonylat) und einer Base (Hydroxiden, Alkali- oder Erdalkalicarbonaten, Erdalkalioxiden, tertiären Stickstoffbasen). In der BE-PS 8 07 910 wird die Herstellung von Phenylessigsäuren, para-Chlorphenylessigsäuren und para-Methylphenylessigsäuren durch Carbonylierung von do Bcnzylchloriden, para-Chlorbenzylchloriden und para-Methylbenzylchloriden in Wasser/Alkohol-Gemisch mit Hilfe von Kohlenoxid (bei Atmosphärendruck oder unter Druck) in Gegenwart von katalytischen Mengen eines Metallcarbonyls (C^-O₂(CO)₈, Fe(CO)₅) u\ und eines basischen Reagenzes (Alkalihydroxide oder carbonate, iZrdalkalioxidc, -hydroxide oder -carbonate) beschrieben.

Die in den genannten Patentschriften beschriebenen

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Verfahren führen nur zu Arylessigsäuren (teilweise in Form der Esier), und die erhaltenen Ergebnisse (Arylessigsäure) sind unabhängig von den praktischen Verfahrensbedingungen (Druck, Art des Katalysators, Art der Base).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das es ermöglicht, auf einfache Weise und mit guten Ausbeuten Arylbrenztraubensäuren herzustellen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man die Reaktion bei einem Kohlendioxiddruck von 5 bis 200 bar bei einer Temperatur zwischen 20 und 150° C durchführt und als basisches Reagenz eine Erdaikalibase in einer Menge von 1 bis 4 Mol je Mol Arylmethylhalogenid einsetzt.

Als geradkettige oder verzweigte Alkylreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen kommen beispielsweise; Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl- (gegebenenfalls durch eine Nitro-Gruppe oder durch einen Alkoxyrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen wie einen Methoxy-, Äthoxy-, Propoxy- oder Butoxy-Rest substituiert), Alkoxyreste wie den obengenannten in Frage, während das Halogenatom ein Fluor-, Chlor-, Brom- oder Jodatom sein kann.

Als Arylmethylhalogenide der Formel I werden vorzugsweise solche eingesetzt, in denen R einen Alkylrest wie Methyl oder Äthyl oder ein Fluor-, Chlor-, Brom- oder Jodatom, η eine ganze Zahl, die

a) von 0 bis 2 geht, wenn A einen Benzolring und

b) von 0 bis 3, wenn A zwei kondensierte Benzolringe trägt, geht, und

X ein Chlor- oder Bromatom bedeutet.

Besondere Beispiele für die Halogenide der Formel I, die erfindungsgemäß eingesetzt werden, sind: Benzylchlorid oder -bromid, die ortho-, meta- oder para-Methylbenzyl-, Dimethyl-2,3-benzyl-, Dimethyl-2,4-benzyl-, Dimethyl-3,5-benzyl-, ortho-, meta- oder para-Fluorbenzyl-, ortho-, meta- oder para-Chlorbenzyl-, ortho-, meta- oder para-Brombenzylchloride oder -fluoride; Chlormethyl-1 -naphthalin, Chlormethyl - 2 - naphthalin, Brommethyl - 1 - naphthalin, Brommethyl - 2 - naphthalin, Chlormethyl -1 - methyl-4 - naphthalin, Brommethyl -1 - methyl - 5 - naphthalin, Chlormethyl -1 - trimethyl - 2,3,4 - naphthalin, Fluorl-brommethyl-2-naphthalin, Methyl-1-brommethyl-2-fluor-4-naphthalin. Bei der eingesetzten Erdalkalibase ist es gleichgültig, ob es sich um ein Erdalkalihydroxid, -oxid oder -carbonat handelt. Als geeignete basische Agentien seien z.B. genannt: Ca(OH)₂, CaO, CaCO₃, Ba(OH)₂, BaO, BaCO₃, Sr(OH)₂, SrO, Sr(CO)₃, Mg(OH)₂, MgO oder MgCO₃. Die Calcium- Barium- und Strontiumhydroxide eignen sich besonders gut.

Man setzt mindestens 1 Mol des basischen Reagenzes je Mol des eingesetzten Arylmethylhalogenids der Formel I ein; vorzugsweise arbeitet man mit darüberliegenden Mengen, beispielsweise mit 1,1 bis 4 Mol Base pro Mol Arylmeüiylhalogenid.

Es wurde festgestellt, daß man beim Ersetzen der genannten Erdalkalibasen durch Alkali- oder tertiäre Stickstoffbasen, insbesondere MaOM oder Athyldiisopropylamin, beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Arylbrenztraubensäurebildung erreicht. Bei CO-Drükken unter 5 bar, beispielsweise in der Nähe des Almosphärcndrucks, ist der Anteil der neben Arylessigsäure gebildeten Arylbrcnztraubensäure gering, beispielsweise in der Größenordnung von 20 Gew.-%. Nur die gemeinsame Verwendung einer Erdalkalibase und eines CO-Drucks zwischen 5 und 200 bar läßt die Carbonylierung in Richtung auf die überwiegende Er-

zeugung von Arylbrenztraubensäure ablaufen (Gehalte von über 50%). In diesem Bereich eignen sich Drücke von 20 bis 100 bar besonders gut zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Als Carbonylierungskatalysator eignen sich die

ίο hydrocarbonylierten Salze von Metallen wie Eisen, Kobalt oder Nickel. Genauer gesagt kann man die Salze von Eisendihydrotetracarbonyl- oder Kobalthydrotetracarbonyl einsetzen. Der an den Eisentetracarbonylat- oder Kobalttetracarbonylat-Rest gebundene Rest ist nicht kritisch; er kann beispielsweise ein Metalhest sein wie Alkali (Natrium, Kalium) oder Erdalkali (Barium).

Unter den Salzen seien insbesondere das Dinatriumeisentetracarbonylat, Dikaliumeisentetracarbonylat, Natriumkobalttetracarbonylat, Kaliumkobalttetracarbonylat oder Bariumkobalttetracarbonylat genannt. Das Natriumkobalttetracarbonylat eignet sich ganz allgemein zur Katalysierung der Reaktion.

Die Hydrocarbonylmetallsalze können, vorzugsweise gerade im Zeitpunkt ihres Einsatzes, hergestellt werden, indem man die bekannten Verfahren anwendet, die in Einzelheiten beschrieben sind. So können die Kobalthydrotetracarbonylsalze oder die Eisendihydrotetracarbonylsalze durch Reaktion von Dikobaltoctacarbonyl oder Eisenpentacarbonyl mit einem geeigneten basischen Reagenz, insbesondere einer Alkali-, Erdalkali- oder tertiären Stickstoffbase hergestellt werden (vgl. W. H i e b e r et al., Z. Anorg.

Allgem. Chem. 232, 17 [1937], und 232, 29 [1937]; Ber. 86, 700 [1953]; H. S t e r η b e r g et al., J. Amer. Chem. Soc. 74, 1216 [1952]). Nach dem Verfahren in Z. Naturforsch., 13 B, 192 (1958) kann man das Natriumkobalttetracarbonylat oder Di-natriumeisentetracarbonylat herstellen, indem man das entsprechende Metallcarbonyl mit einem Überschuß von Natriumamalgam rührt. Das Metallhydrocarbonylsalz kann in festen Zustand oder auch in Form von Lösungen in dem Lösungsmittel, das für die Reaktion gewählt wurde, eingesetzt werden.

Weitere carbonylierte Metallderivate, die man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzen kann, sind die Metallcarbonyle wie Eisenpentacar'oonyl, Dikobaltoctacarbonyl, Nickeltetracarbonyl. Das Dikobaltoctacarbonyl eignet sich ganz besonders gut. Diese Katalysatoren können in das Reaktionsgemisch in festem Zustand oder auch in Form von Lösungen in dem Lösungsmittel der Reaktion eingesetzt werden. Die Menge an Metallhydrocarbonylsalz oder Mess tallcarbonyl, die zur Katalyse der Reaktion eingesetzt wird, kann zwischen 0,001 und 1, ausgedrückt in Grammatom des Metalls pro Mol Arylmethylhalogenid, betragen. Genauer wird die Menge in dem genannten Zwischenraum so gewählt, daß in das Rcak-

fto tionsgemisch 0,01 bis 0,4 Grammatom Metall pro Mol Arylmethylhalogenid zugesetzt werden.

Die zur Durchführung der Reaktion geeigneten Lösungsmittel können Alkohole. Wasser oder Alkohol Wasser-Gemische sein.

fts Als geeignete Alkohole seien die geradkcttigen oder verzweigten gesättigten aliphatischen Mono- oder Polyalkohole mit I bis 10 Kohlenstoffatomen, die gesättigten cycloaliphatische!! Alkohole mit 5 bis

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12 Kohlenstoffatomen, die araliphatischen Alkohole genannt. Beispielsweise eignen sich: Methanol, Äthanol, Propanol-1, Prcpanol-2, Methyl-2-propanol-l, Methyl-2-propanol-l, Methyl-2-proparol-2, Dimethyl-2,2-propanol-l, Butanol-1, Butanol-2, Methyl-3-butanol-1, Methyl-2-butanol-2, Methyl-3-butanol-2, Pentanol-1, Pentanol-2, Pentaiiol-3, Äthylenglykol, Propandiol-1,2, Butandiol-1,4. Cyclopentanon, Cyclohexanol, Benzylalkohol oder/ϊ-Phen vinylalkohol.

Das erfindungsgemäße Carbonyüeiungsvtrfahren läuft besonders gut ab, wenn die Reaktion in einem Wasser/Alkohol-Gemisch durchgeführt wird. In dieser bevorzugten Gruppe sind besonders die Gemische von Wasser mit verzweigten aliphatischen Monoalkoholen, dh den obengenannten Bedingungen genügen, geeignet, wie z. B. die Gemische: Wasser/Propanol-2, Wasser/Methyl-2, -propanol-1, Wasser/Methyl-2-propanol-2, Wasser/Dimethyl^i-propanoI-1, Wasser/Pentanol-2, Wasser/Pentanol-1 Insbesondere ser/Methyl-2-butanol-2, Wasser/Methyl-3-butanol-2, Wasser/Pentanol-2, Wasser/Petnaol-3. Insbesondere seien die Wasser/Propanol-2-Geinische genannt.

Die Konzentration des eingesetzten Arylmethylhalogenids der Formel I ist nicht kritisch und kann in weiten Grenzen schwanken. Sie kann zwischen 1 und 40 Gew.-% liegen, kann aber auch diese Grenzen ohne Nachteil lherschreiten. Wenn man d^c Reaktion in Wasser und Alkohol durchführt, setzt i.-ian im allgemeinen Gemische ein, die 10 bis 60 Gew.-% Wasser und 90 bis 40 Gew.-% Alkohol enthalten.

Eine praktische Weise zur Durchführung dtü erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man in einem geeigneten druckbeständigen Reaktor das in dem gewünschten Lösungsmittel gelöste Gemisch aus Arylmethylhalogenid, carbonyliertem Metallkatalysator und Erdalkalibase mit einem großen Überschuß von Kohlenoxid (mehr als 2 Mol CO pro Mol Arylmethylhalogenid), welches auf den gewünschten Druck eingestellt wird, gemäß den geeigneten Techniken zur Durchführung einer Reaktion zwischen einer flüssigen und einer gasförmigen Phase umsetzt.

Die Carbonylicrungsreaktion wird bei einer Temperatur zwischen 20 und 150^cC, vorzugsweise zwischen 40 und 70' C, durchgeführt und ist beendet, wenn die Absorption von CO aufhört.

Das Reaktionsgemisch kann anschließend auf verschiedene Art zur Gewinnung der Carbonylierungsprodukte, insbesondere der Arylbrenztraubensäuren (Hauptprodukt) und der Arylessigsäuren (Nebenprodukt) aufgearbeitet werden. Eine bevorzugte Behandlung besteht darin, daß man die aus der Carbonylierung erhaltene wäßrig-alkoholische Lösung des Rohprodukts, die vorzugsweise auf 50 bis 60" C erwärmt ist, so filtriert, daß man einen festen Anteil, der ein Erdalkalisalz der Arylbrenztraubensäure enthält, von einem wäßrig-alkoholischen flüssigen Anteil, der ein Erdalkalisalz der Arylessigsäure enthält, abtrennt.

Die das Rohprodukt der Carbonylierung enthaltende Lösung, die gemäß der oben beschriebenen Aufarbeitung behandelt wird, kann direkt aus der Carbonylierung des Arylmethylhalogenids in einem wäßrigalkoholischen Milieu entstammen. In diesem Fall reicht es, die erhaltene Reaktionsmasse bei der gewünschten Temperatur zu fi'trieren. Diese Lösung kann auch aus der Zugabe von Wasser (oder Alkohol) zu dem Rohprodukt der Carbonylierung in alkoholischem (cder wiißrigem) Mileu stammen.

Der auf dem Filter zurückgehaltene feste Rückstand wird anschließend mit einer wäßrigen Mineralsäurelösung, wie Salzsäure, behandelt, um die Arylbrenztraubensäure aus ihrem Erdalkalisalz freizusetzen. Die erhaltene Lösung wird mit Hilfe eines geeigneten Lösungsmittels, beispielsweise Äther, ausgeschüttelt, dann wird der organische Extrakt unter vermindertem Druck fortschreitend destilliert, ohne daß 40⁰C in der Masse überschritten werden. Der schließlich erhaltene Rückstand besteht aus Arylbrenztraubensäure großer

ίο Reinheit.

Das Filtrat des Reaktionsgemisches kann gegebenenfalls weiter behandelt werden, um die darin enthaltene Arylessigsäure zu gewinnen. Beispielsweise kann man sie von dem Wasser und dem Alkohol und gegebenenfalls von darin enthaltenem nicht umgesetztem Arylmethylhalogenid durch Destillation bei Atmosphärendruck abtrennen. Nach dem Abkühlen säuert man mit Hilfe einer Mineralsäure, wie HCl, an und extrahiert das Gemisch mit Hilfe eines geeigneten Lösungsmittels, beispielsweise Äther. Der organische Extrakt wird anschließend mit einer wäßrigen alkalischen Lösung gewaschen, dann wird die wäßrige Waschlösung angesäuert und extrahiert und ergibt nach Entfernung des Extraktionsmittcls ein Gemisch.

das die Arylessigsäure enthält.

Die folgenden Beispiele verdeutlichen das Verfahren der Erfindung.

B e i s ρ i e 1 1

In einem 0,5-Litei-Autoklav aus nichtrostendem Stahl mit einem. Schüttelrührwerk gibt man rasch

200 ml Äthylalkohol,

40 ml Wasser.

31 g (0,418 Mol) Calciumhydroxid,

34,1 g (0,270 Mol) Benzylchlorid,

1 g (0,0029 Mol) Dikobaltoctacarbonyl entsprechend 0,0058 g-Atom Co.

Man spült den Reaktor 5fach nacheinander mit 20 bar CO. Das Rührwerk wird angestellt, und man gibt 50 bar CO auf. Der Autoklav wird auf 6O⁰C er-

4s wärmt und so lange gerührt, bis die CO-Absorption aufhört. Die Reaktionsdauer beträgt 4 h, und die Menge des absorbierten CO entspricht 167% der Theorie (Monocarbonylierung).

Danach wird der Autoklav entgast; dann filtriert

so man sofort das noch warme Reaktionsgemisch. Der Reaktor und der Feststoff auf dem Filter werden anschließend, einer nach dem anderen, mit dreimal 50 ml Wasser gewaschen.

a) Behandlung des auf dem Filter
erhaltenen Festkörpers

Der erhaltene Festkörper wird in einen Kolben mit r,o 150 ml konzentrierter Salzsäure (Dichte: 1,19) und 400 ml Wasser gegeben. Man rührt das Gemisch in Anwesenheit von 200 ml Äther bis zum vollständigen Auflösen der Festkörper. Die flüssige Substanz wird anschließend dekantiert, und die wäßrige Schicht, die (>s man gewinnt, wird erneut zweimal nacheinander jeweils mit 200 ml Äther extrahiert. Die vereinigten Ätherschichten werden über Natriumsulfat getrocknet. Nach dem Filtrieren dampft man das Lösungsmittel

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durch zunehmendes F.rhitzen der Lösung unter vermindertem Druck ab, ohne 40" C in der Lösung zu überschreiten. Fs bleiben 32,5 g eines klaren gelben Festkörpers, F. = 171' C.

Die Ergebnisse der Untersuchung dieses Produkts durch Infrarolspektroskopie, kernmagnclischc Resonanz und Massenspektrornetrie zeigen, daß es sich um Vinylbrenztraubensäure handelt. Die Reinheit an Vinylbrenztraubensäure, bestimmt durch azidimetrische Bestimmung, beträgt 97 Gew.-%.

(oder Oxo-2-benzyl-3-phenyl-3-propansäure) und \-benzyliertcr Phenylessigsäure (oder Benzyl-2-phenyl-2-äthuminsäure) handelt.

Die Unisetzungshilanz ergibt folgendes: Die Umsetzung (I T) an Benzylchlorid ist vollständig. Die Ausbeulen, bezogen auf eingesetztes Benzylchlorid. an Phenylbrenzlraubensäure und Phenylessigsäure, benagen "71.1% bzw. 18.2%.

Das Mengenverhältnis Phenylbrcnztraubensäurc /u Phenylessigsäure beträgt 3,90.

b) Behandlung des Rcaktionsfiltrats

Das Filtrat wird in einer 200 mm hohen Vigreux-Koioiiiie bei Atmosphärendruck desiiliiert, wobei die Temperatur im Siedebereich 60 bis 100⁰C beträgt. Man beendet das Verfahren, wenn die Temperatur am Kolonnenkopf 92°C erreicht. Die Reaktionsmasse wird anschließend auf 25°C abgekühlt, dann mit 50 ml konzentrierter Salzsäure angesäuert und dreimal nacheinander mit jeweils 200 ml Äther extrahiert. Die vereinten Ätherschichten werden mit 100 ml einer wäßrigen NaOH-Lösung von 10Gew.-% und anschließend zweimal mit 50 ml Wasser gewaschen.

Nach dem Waschen wird die Ätherschicht über Natriumsulfat getrocknet. Nach dem Filtrieren dampft man das Lösungsmittel durch zunehmendes Erhitzen unter vermindertem Druck ab. Es bleiben 0,150 g einer öligen Flüssigkeit übrig. Die Ergebnisse der gaschromatographischen Untersuchung dieser Flüssigkeit zeigen, daß sie ein Gemisch aus Benzylalkohol (60%) und Äthylphenylacetat (40%) darstellt.

Die alkalische wäßrige Schicht aus der Wäsche wird mit 100 ml konzentrierter Salzsäure (Dichte: 1.19) angesäuert und dreimal nacheinander mit 200 ml Äther extrahiert. Die vereinigten Ätherschichten werden über Natriumsulfat getrocknet. Nach dem Filtrieren wird das Lösungsmittel durch ansteigendes Erhitzen der Lösung unter vermindertem Druck (Temperatur unter 4O⁰C) entfernt, wobei man 7,8 g eines weißen Festkörpers erhält. Die Untersuchung dieses Festkörpers durch Gaschromatographie (nach Methylierung eines aliquoten Anteils durch Diazomethan) Azidimelrie und Massenspektrometrie zeigen, daß es sich um ein Gemisch aus Phenylessigsäure (86 Gew.-% entsprechend 6,7 g) und Phenylbrenztraubensäure, Λ-benzylierter Vinylbrenztraubensäure

Beispiel 2

Man arbeitet wie in Beispiel 1, wobei man jedoch ansieiie von Dikobaiiociacarbonyi Nairiumkobaittetracarbonylat der Formel NaCo(CO)₄ einsetzt.

a) Herstellung des Katalysators

In einen 500-ml-Erlenmeyerkolben mit Rührer gibt man unter Stickstoff:

8 g (0,0234 Mol) Co₂(CO)_x und
50 mlÄthyldicyclohexylamin.

Man rührt 4 h lang bei einer Temperatur von etwa 25^C C. Dann gibt man in das Reaktionsgemisch 100 ml einer 1/2 n-NaOH-Lösung, rührt 2 h und filtriert das Reaktionsgemisch unter Stickstoff. Das Filtrat wird anschließend dekantiert, und man nimmt die untere wäßrige Schicht, die klar und farblos ist und das Natriumkobalttetracarbonylat enthält. Das Volumen der wäßrigen Lösung wird genau auf 200 ml gebracht.

Die Titration des Anions Co(COJi mit Hilfe von Nickel-o-phenanthrolinchlorid ergibt, daß die Lösung 0.031 Mol NaCo(CO)₄ enthält.

b) Carbonylierungsreaktion

Man verwendet 22,6 ml (0,0035 Mol) der vorstehend erhaltenen wäßrigen NaCo(C 0)₄-Lösung (0.0035 gAtom Co), die man in das Reaktionsgemisch gibt. Man fügt ferner 17,4 ml Wasser hinzu und erhält so ein Wasservolumen von insgesamt 40 ml. Die Reaktionsbilanz beträgt:

Dauer Absorption an CO
% der Theorie
(Monocarbonylierung)

Umsetzung (TT) an

Ausbeuten, bezogen auf eingesetztes
/θ /CH₂CI

0^CH₂COCOOH (I) /o\cH₂COOH (II)

Verhältnis
1:11

183%

100%

19%

3,8

Beispiele 3 bis 5

Untersuchung des Einflusses des Drucks. Man führt aufrechterhält. Ein Vergleichsversuch zur Carbony-

die Carbonylierung wie in Beispiel 2 in Gegenwart 65 lierung mit 1 bar CO wurde ebenfalls durchgeführt

von Natriumkobaltetracarbonylat durch, wobei man (Versuch A). Die erhaltenen Ergebnisse sind in der

jedoch in dem Autoklav einen CO-Dnick von: 6 bar folgenden Tabelle aufgeführt:
(Beispiel 3), 20 bar (Beispiel 4) und 100 bar (Beispiel 5)

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ίο

Beispie]
Versuch

Druck CO Dauer (h) Absorption I Imsctzunu (TT) an Ausbeuten, hexogen auf eingesetztes (bar) an CO

(Monocarbo-)^ O ^X¹H₂CI

nylierung) ^v

Verhältnis I, II

(I)

(H)

3	6	5	147%	100%	45%	44%	1,02
4	20	5	162%	100%	57%	28%	2,04
5	100	4h 30min	168%	100%	67%	15%	4,47
A	1	5	78%	88%	12%	51%	0,23

Vergleichsversuche B und C

Untersuchung des Einflusses der Art der eingesetzten Base. Man führt die Carbonylierung durch:

wie in Beispiel 1 in Gegenwart von Dikobaltoctacarbonyl, indem man anstelle von Calciumhydroxid Äthyldiisopropylamin (76 g; 0.590 Mol) einsetzt (Versuch B);

wie in Beispiel 2 in Gegenwart von Natriumkobalttetracarbonylat, indem man anstelle von Calciumhydroxid (34 g; 0,850 Mol) einsetzt (Versuch C).

Die Verfahrensbedingungen und die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Katalysator: Art

Verhältnis: Co//o")>CH₂Cl in g-Atom/Mol

Base: Art

CO-Druck (bar)

Temperatur (''C)

Dauer (h)

CO-Absorption: %, bezogen aui Monocarbonylierung

Umsetzungsgrad (TT) an \p)> CH₂Cl (%)

Erhaltene Produkte und Ausbeuten, bezogen auf eingesetztes <f 0/CH₂Cl:

CH₂OH
CH₂OC₂H₅
<(o/ CH₂COCOOH

Versuch B	Versuch C
Co₂(CO)₈	NaCo(CO)₄
0,021	0,013
*C U IvT/ΐ C* U \** \_f\ Π« W* 1~Ί_'» ΓΙιΗ	NaOH
50	50
60	60
4	3
100	100

100

O > CH₂COOH
CH₂COOC₂H₅

B e i s ρ i e 1 e 6 bis 12

In einen 0,5-Liter-Autoklav aus Edelstahl mit einem Rührwerk wie in Beispiel 1 gibt man rasch

200 ml Propanol-2 (Isopropylalkohol), 40 ml Wasser,
15,5 g (0,210 Mol) Calciumhydroxid,

Arylmethylhalogenid (0,135 Mol) nämlich:

17,1 g Benzylchlorid (Beispiel 6), 21,7 g Parachlorbenzylchlorid (Beispiel 7),

27% 54%

4%
59%

36%

6o 19,5 g Orthofluorbenzylchlorid (Beispiel 8),
19,5 g Parafluorbenzylchlorid (Beispiel 9),
19 g Orthomethylbenzylchlorid (Beispiel 10),
19 g Metamethylbenzylchlorid (Beispiel 11), 19 g Paramethylbenzylchlorid (Beispiel 12),
0,5 g (0,00145 Mol) Dikobaltoctacarbonyl ent sprechend 0,0029 gAtom Co.

Man spült den Reaktor nacheinander fünfmal mit bar CO. Anschließend wird das Rührwerk angestellt, und man gibt 50 bar CO auf den Autoklav

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auf. Der Autoklav wird auf 60⁰C erwärmt und so lange gerührt, bis die Absorption von CO aufhört. Nach beendeter Carbonylierung wird der Autoklav entgast und dann das noch wanme Reaktionsgemisch sofort filtriert. Der Reaktor und der Feststoff auf dem Filter werden anschließend, einer nach dem anderen, mit einem Gemisch von Propanol-2 (200 ml), Wasser (40 ml), das vorher auf 60° C erwärmt wurde, gewaschen. Der Feststoff auf dem Filter wird anschließend noch zweimal mit jeweils 30 ml des genannten ι ο Gemisches aus Propanol-2 und Wasser gewaschen.

a) Behandlung des auf dem Filter
erhaltenen Festkörpers

Der erhaltene Festkörper wird gewonnen und dann bis zur Gewichtskonstanz bei einer Temperatur in der Gegend von 25° C unter fortschreitendem vermindertem Druck getrocknet, wobei der Enddruck 0,5 Torr beträgt.

Der Festkörper wiegt: 39,7 g (Beispiel 6); 31,8 g (Beispiel 7); 26 g (Beispiel 8); 31 g (Beispiel 9); 37,6 g (Beispiel 10); 30 g (Beispiel 11) und 33,5 g (Beispiel 12). Er wird in einen Kolben mit 100 ml konzentrierter Salzsäure (Dichte: 1,19) und 300 ml Wasser gegeben. Man rührt das Gemisch in Gegenwait von 200 ml Diäthyläther, bis die Festkörper vollständig aufgelöst sind. Die Flüssigkeit wird anschließend dekantiert und die gewonnene wäßrige Schicht erneut zweimal nacheinander jeweils mit 200 ml Äther extrahiert. Die vereinigten Ätherphasen werden über Natriumsulfat getrocknet. Nach dem Filtrieren dampft man das Lösungsmittel durch fortschreitendes Erwärmen der Lösung bei vermindertem Druck ab, ohne 4O⁰C im Rückstand zu überschreiten. Man erhält so ein kristallisiertes klares weißes oder gelbes Produkt, das wiegt: 18,2 g (Beispiel 6), 19,4 g (Beispiel 7), 18 g (Beispiel 8), 20,6 g (Beispiel 9), 16,4 g (Beispie! 10), 19 g (Beispiel 11) und 20,2 g (Beispiel 12).

Die Untersuchung des Produkts durch Infrarot-Spektroskopie, magnetischer Kernresonanz, Massenspektrometrie und azidimetrischer Titration zeigen, daß es sich in den einzelnen Beispielen um die folgenden Substanzen handelt:

Beispiel 6: Phenylbrenztraubensäure,99gew.-%ig,

rein an Säure,
Beispiel 7: reine Parachlorphenylbrenztrauben-

säure,
Beispiel S: reine Orthofluorphenylbrenztrauben-

säure,
Beispiel 9: Parafluorphenylbrenztraubensäure,

98gew.-%ig, reine Säure, Beispiel 10: Ortnomethylphenylbrenrtraubensäure,

97gew.-%ige reine Säure, Beispiel 11: reine Metamethylphenylbrenztrauben-

eäure,
Beispiel 12: reine Paramcthylphenylbrenztrauben-

säure.

b) Behandlung des Reaktionsnitrats

Das am Ende der Carbonylierung erhaltene Filtrat wird vorweg gaschromatographisch untersucht, um die Art und Menge der nicht sauren Verbindungen zu bestimmen, die es enthalten kann: nicht umgesetztes Arylmethylchlorid und/oder seine Solvolyseprodukte (wie den entsprechenden alkylaromatischen Alkohol und/oder lsopropyl- und Aryimethyi-Ather) und/oder Isopropylester der gebildeten Arylessigsäure.

Die folgende Tabelle zeigt die Art und die Menge dieser nicht sauren Verbindung für jede durchgeführte Probe an:

Unumgesetztes
Arylmethylchlorid

Solvolyseprodukt Arylessigsäureisopropylester

Beispiel 6
Beispiel 7

Beispiel 8 Beispiel 9

Beispiel 10
Beispiel 11

Beispiel 12

1 >-CH₂Cl; 0,49 g

^-CH₂CI; 0,3 g ^ ^CH₂Cl; 0,2 g -

CH₂OC₃H₇;
0,33 g

CH₂COOC₃H₇; 0,67 g

CH₂COOC₃H₇;

1,15 g

0,4 g

^-CH₂COOC₃H₇; ' 0,49 g

CH₂COOC₃H₇; 0.9 g

CH₂COOC₃H₇; 0,37 g

uenana g

65 Atmosphärendruck destilliert, wobei die Temperatur im Destillationskolben 60 bis 110° C beträgt. Man be-Zu dem Filtrat werden 200 ml Wasser zugegeben, endet das Verfahren, wenn die Temperatur am Kodann wird in einer 200 ml hohen Vigreux-Kolonne bei lonnenkopf 95 bis 100° C erreicht. Die Reaktionsmasse

26 OO 541

wird anschließend auf 25°C abgekühlt, dann mil Hilfe von konzentrierter Salzsäure (Dichte: 1.19) angesäuert und dreifach nacheinander jeweils mit 200 ml Äther extrahiert. Die vereinigten Ätherschichten werden mit 100 ml Wasser, dann mit 50 ml einer wäßrigen NaOH-Lösung von 10 Gew.-% und dann zweimal mit 50 ml Wasser gewaschen.

Die wäßrige alkalische Waschschicht wird mit 50 ml konzentrierter Salzsäure (Dichte: 1,19) angesäuert und dreimal nacheinander mit 200 ml Äther extrahiert. Die vereinigten Ätherschichten werden über Natriumsulfat getrocknet. Nach dem Filtrieren wird das Lösungsmittel durch fortschreitendes Erhitzen der Lösung unter vermindertem Druck entfernt, und man erhält: 1,2 g eines Festkörpers (Beispiel 6); 3,1 g einer pastösen Masse (Beispiel 7); 4.4 g einer öligen Flüssigkeit (Beispiel 8); 2,1 g einer öligen Flüssigkeit (Beispiel 9); 5 g einer öligen Flüssigkeit (Beispiel 10); 1,8 g einer pastösen Masse (Beispiel 11) und 1,9 g eines kristallinen Festkörpers (Beispiel 12).

Die Ergebnisse der Untersuchung dieser Produkte durch Gaschromatographie (nach Methylierung eines aliquoten Anteils mit Diazomethan), Azidimetrie und Massenspektrometrie zeigen, daß es sich um ein Gemisch von Arylessigsäure und Säuren des Typs:

CH-COOH

und/oder

CH- CO-COOH

CH₂

handelt, wobei R Wasserstoff oder den Substituentcn. der am Benzolrest des eingesetzten Aryimethyihalogenids sitzt, bedeutet.

Im einzelnen wurde gefunden, daß das erhaltene Gemisch folgende Bestandteile enthält:

Beispiel 6: 76 Gew.-% (0,91 g) Phenylessigsäure; Beispiel 7: 85 Gew.-% (2,64 g) Parachlorphenyl-

essigsäure;

Beispiel 8: 25 Gew.-% (1,10 g) Orlhofluorphenyl-2s essigsäure;

Beispiel 9: 47 Gew.-% (0,99 g) Parafluorphenyl-

essigsäure; Beispiel 10: 8 Gew.-% (0,4 g) Orthomethyl phenylessigsäure; Beispiel 11: 58 Gew.-% (1 g) Metamethylphenyl-

essigsäure; Beispiel 12: 23 Gew.-% (0,44 g) Paramethylphenyl-

essigsäure.

.15 Die Reaktionsbilanz ergibt folgendes:

Beispiel	Dauer	CO-Absorp- tion, bezogen auf Mono- carbonylie- rung	Umsetzungscrad (TT) an R —^ V-CH₂CI	Ausbeuten, bezogen auf eingesetztes R —\ V-CH₂Cl	VcH₂COCOOH Κ~ζ~^ (D	Verhältnis I/l I	-CH₂COOH (H)	32,8
					2,5%	6,1
6 R=H	4	187%	97%	82,2%	12%	14,6
7 R = Cl (para)	4	200%	100%	73%	5%	13,8
8 R = F (ortho)	4	193%	98%	73%	5,9%	33
9 R = F (para)	4	200%	99%	81,2%	2%	15,8
10 R = CH₃ (ortho)	4	200%	100%	66%	5%	52,5
11 R = CH₃ (meta)	4	183%	98,5%	79%	1,6%
12 R = CH₃ (para)	4	200%	100%	84%

Claims

26 OO 541 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Phenylbrenztraubensäure oder Arylbrenztraubensäuren durch Umsetzen von Arylmetl.ylhalogeniden der allgemeinen Formel